Основные законы развития технических систем в сочетании с инновационными техническими решениями | Статья в журнале «Молодой ученый»

Отправьте статью сегодня! Журнал выйдет 5 февраля, печатный экземпляр отправим 9 февраля.

Опубликовать статью в журнале

Автор:

Рубрика: Технические науки

Опубликовано в Молодой учёный №20 (206) май 2018 г.

Дата публикации: 15.05.2018

Статья просмотрена: 137 раз

Библиографическое описание:

Великанов, С. А. Основные законы развития технических систем в сочетании с инновационными техническими решениями / С. А. Великанов. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2018. — № 20 (206). — С. 127-135. — URL: https://moluch.ru/archive/206/50311/ (дата обращения: 27.01.2022).



Цифровые технологии и их производные в корне изменили положения и постулаты основных законов развития технических систем.

Прежде всего, предельно трансформировалось само понятие и конкретное определение самой технической системы. Так, до возникновения инновационных нововведений, техническая система со всеми сопутствующими комплексными решениями представляла собой либо аппарат, либо устройство, либо способ, либо метод, либо комбинацию из метода и реализующего его устройства или аппарата.

Появление программы как неотъемлемой части инновационной системы заставило существенно изменить и модифицировать понятие и определение технической системы.

Так появились интегративные варианты технических систем, в которые, на правах важнейших составляющих, вошли программа, система и ассоциированный метод.

Архитектура таких систем включает как базовые составляющие — аппарат (устройство) и метод (способ), — так и инновационные добавки — программу, систему и ассоциированный метод.

Процесс внедрения этих нововведений продолжается, и указанное продолжение формирует и характеризует тенденции и основные законы развития технических систем, адаптированных на инновационные добавки, в корне меняющие возможности и эксплуатационные характеристики такой комплексной модифицированной технической системы.

Основные законы развития технических систем синтегрированными комплексными инновационными добавками

1.1. Закон прогрессивной эволюции техники

Законы прогрессивной (инновационной) эволюции техники (технологии, специального технологического оборудования, оригинального и эффективного инструмента, модулей источников питания, композитных материалов и программных процессорных комплексов) начали и продолжают развиваться по пути добавки к традиционным конструктивам, технологическим процессам и приёмам, программно-имитационных и программно-модулирующих модулей.

Эти инновационные добавки в корне поменяли и продолжают менять как основные характеристики продуктов и технологического оборудования, так и определённые технико-технологические стереотипы, сложившиеся в том числе и в процессе эволюционного и прогрессивного развития техники.

Рис. 1. Пример комплексной реализации принципов прогрессивной эволюции техники — гибкий технологический (производственный) модуль для фотолитографии на платах тонкоплёночных микросборок

На рисунке 1 представлен пример как результат реализации указанных принципов развития технических систем, промежуточным результатом чего явились совершенно новые критерии и характеристики производимых продуктов.

Представленный гибкий технологический модуль, включаемый в автоматизированные производственные линии фотолитографии на платах тонкоплёночных микросборок, показал, что интеграция цифровых технологий с базовыми электромеханическими технологиями даёт возможность модифицировать процессы даже с такой высокой сложностью, как ускоренные гальванические покрытия.

Например, такое вредное явление, как отрицательный краевой эффект, благодаря технологическому онлайн-мониторингу системы токоподвода оказалось полностью нейтрализованным, что в корне изменило качественные показатели работы модуля, не прогнозируемые в начале процесса проектирования модуля и всей системы.

Таким образом, однородность электроосаждённого слоя позволила получить характеристики топологии плат более высокой точности, что также косвенно повлияло на такой важнейший фактор как быстродействие плат, их надёжность и долговечность.

В рамках реализации закона прогрессивной эволюции техники и комплексного развития факторов взаимодействия составляющих элементов технической системы появилась совсем не прогнозируемая возможность расширить возможности технической характеристики комплекса модулей, что в свою очередь дало толчок к прогрессивной корректировке технических условий и технических требований к платам тонкоплёночных микросборок, и, как следствие, открыло массу возможностей для дальнейшего развития самих тонкоплёночных микросборок и радиотехнических узлов на их основе.

1.2. Закон полноты частей системы

Рис. 2. Автоматическая производственная линия как комплекс гибких автоматизированных модулей, демонстрирующих эффективность применения закона полноты частей системы

Представленная на рисунке 2 гибкая автоматическая производственная линия обеспечивает полный технологический цикл фотолитографического процесса, отвечающего на все требования. Она содержит весь необходимый комплекс модулей, а в рамках каждого модуля и треки, и рабочие позиции для реализации всего процесса фотолитографии, включая и процессы химических и электрохимических покрытий.

Как видно из рисунка, линия имеет два технологических потока, и при необходимости количество однотипных технологических потоков может параллельно быть увеличено.

Исключительно важным для обеспечения эффективного использования закона полноты частей системы является наличие вспомогательных технологических модулей, в которых готовятся технологические растворы, в которых производится онлайн-регенерация этих растворов, включая и травильные растворы для модулей избирательного травления, и электролиты для модулей химической металлизации.

Кроме того, выполнение закона полноты частей системы предусматривает наличие целого ряда вспомогательных модулей, таких как модульные системы фильтрации, ионно-обменной очистки, вентиляции и контроля состояния всех технологических жидкостей и растворов.

1.3. Закон расширения множества потребностей-функций

Рис. 3. Автоматизированные гибкие модули, демонстрирующие эффективное применение закона расширения множества потребностей-функций

Закон расширения множества потребностей-функций может быть продемонстрирован на модульной системе, предназначенной для очистки и регенерации воды, используемой для технологических нужд.

Такая система собирается из стандартных компонентов и блоков и включает все необходимые варианты решения и обеспечения множества потребностей-функций.

Компоновка таких модульных систем достаточно гибкая, чтобы по одной принципиальной схеме собирать такое сочетание локальных технологических блоков-модулей, чтобы обеспечить в совокупности выполнение необходимого множества потребностей-функций.

Так, на модульной системе, представленной на рисунке, имеется несколько локальных модульных групп, каждая из которых имеет свой независимый рабочий цикл.

К ним относятся:

‒ колонны ионообменной обработки;

‒ автоматические механические фильтры;

‒ седиментационные ванны;

‒ электрохимические реакторы;

‒ источники питания для электрохимических реакторов;

‒ системы управления и процессоры для регулировки и контроля технологического цикла каждого модуля и всей системы в целом.

Каждая локальная система имеет своё соответствие закона расширения множества потребностей-функций.

Например, электрохимические реакторы с источниками питания могут иметь своё множество потребностей-функций, как то:

‒ вариант с коагуляцией;

‒ вариант с турбо-коагуляцией;

‒ вариант с корректировкой уровня щёлочности;

‒ вариант с корректировкой уровня кислотности.

Каждый из указанных вариантов тоже может иметь функциональное разнообразие, и это не предел.

Таким образом, закон расширения множества потребностей-функций имеет при таком варианте использования горизонтальную и вертикальную составляющие, позволяющие при одном и том же составе компонентов — модулей системы — получить множество технологических характеристик, что существенно может снизить расходы на её проектирование, дизайн и изготовление.

1.4. Закон соответствия между функцией иструктурой

Рис. 4. Гибкие автоматизированные модули фотолитографии, состоящие из унифицированных операционных структур, способных менять свою функциональную принадлежность и специализацию в зависимости от степени ассоциаций с программными и аналитически-контрольными блоками

Каждая функция технической характеристики гибкого автоматического технологического модуля должна соответствовать форме и содержанию конструктивной структуры.

В свою очередь, технологическая составляющая соответствующей структуры также должна участвовать в формировании каждой функции технической характеристики гибкого автоматического технологического модуля.

Особенно важным является сочетание и соответствие между функцией и структурой при рассмотрении этого закона в применении в комплексах гибких автоматизированных модулей фотолитографии (как пример).

Даже применение этого закона развития технических систем в формировании поточных технологических линий из однотипных модулей с вариациями функциональных возможностей и обеспечивающими их возможностями структуры позволяют формировать системы и комплексы модулей, не разрабатывая и не изготавливая новые модульные структуры.

Рис. 5. Гибкие автоматизированные модули фотолитографии

На рисунках 4 и 5 показаны модули фотолитографии на платах тонкоплёночных микросборок с практически полной унификацией и стандартизацией систем соответствия между функцией и структурой, осуществляемые при использовании автоматических и универсальных загрузочно-разгрузочных и передающих тонкоплёночные платы автономных автоматических устройств, связывающих линейные треки и рабочие позиции.

2. Вытеснение человека из технических систем

Конечно, основная задача развития современных систем и комплексов специального технологического оборудования и оснастки — полная автоматизация сначала наиболее трудоёмких процессов, с плавным переходом к полной и системной автоматизации всего технологического цикла, включая и процессы сборки.

Естественно, это не всегда возможно на базе только существующих наработок, и для наиболее специфических и нетипичных случаев требует осуществления новых разработок.

Рис. 6. Комплексная многофункциональная автоматическая сборочная линия для телефонных контактных блоков

На рисунке 6 представлена комплексная многофункциональная автоматическая сборочная линия для сборки, юстировки и полного контроля телефонных контактных блоков. При этом необходимо отметить тот важный факт, что штамповка и калибровка самих контактов осуществляется на этой самой линии перед сборкой и имеет автономные загрузочные бункера для латунной ленты (правый нижний угол рисунка).

В этом случае проект готовится специально под определённое изделие и, естественно, учитывает все нюансы и особенности указанного проекта.

2.1. Закон стадийного развития техники

Рис. 7. Оборудование для обработки сточных вод, выполненное по структуре гибкого производственного технологического модуля

Понятно, что заранее предусмотреть на годы вперёд все возможные технические требования невозможно, и это заставляет развивать технические системы стадийно, то есть готовить системный модуль, соответствующий всем условиям и требованиям по состоянию на день разработки, но с учётом того, что к создаваемому оборудованию на следующей стадии можно будет присоединить новые модульные узлы.

Оборудование, представленное на рисунке 7, иллюстрирует пример применения закона о стадийном развитии техники в специфическом технологическом поле регенерации промышленных или сельскохозяйственных сточных вод.

Кроме этого, оборудование, представленное на рисунке, показывает развитие компоновочных принципов по интеграции нескольких этапов обработки сточных вод в одном композиционном агрегате, выполненном по структуре гибкого производственного технологического модуля.

2.2. Роботизация изаконы робототехники

Рис. 8. Гибкий автоматический модуль фотолитографии со снятыми защитными панелями

На рисунке 8 представлен гибкий автоматический производственно-технологический модуль фотолитографии, в который входят несколько систем робототехники, сформированных как по вертикальной, так и по горизонтальной концепциям интеграции.

Для удобства понимания структуры модуля, все защитные панели сняты.

Все рабочие позиции соединены загрузочно-разгрузочными устройствами и транспортными модулями, имеющими возможность коррекции рабочих скоростей и интегративного принципиального функционального цикла с рабочим циклом основных рабочих позиций (технологических треков).

Показанная компоновочная структура гибкого производственного технологического модуля объясняет эффективность применения общего линейного загрузочно-разгрузочного модуля, захватывающего в зону своего оперативного вмешательства специальные модули-накопители с защитной газовой средой.

Система управления при такой компоновочной схеме позволяет обеспечить максимальную гибкость в построении и воспроизводстве технологического процесса при максимуме оперативных контрольно-аналитических функций, и при не менее оперативной обратной связи по всем основным технологическим процессам, входящим в общий технологический цикл всего гибкого модуля.

… продолжение следует…

Литература:

1. Патентно-лицензионный материал на интегрированную электрооптическую модульную сборку:

United States Patent Application

20180098433

Kind Code

A1

Andry; Paul S.; et al.

April 5, 2018


INTEGRATED ELECTRO-OPTICAL MODULE ASSEMBLY

Abstract

An electro-optical module assembly is provided that includes a flexible substrate having a first surface and a second surface opposite the first surface, wherein the flexible substrate contains an opening located therein that extends from the first surface to the second surface. An optical component is located on the second surface of the flexible substrate and is positioned to have a surface exposed by the opening. At least one electronic component is located on a first portion of the first surface of the flexible substrate, and at least one micro-energy source is located on a second portion of the first surface of the flexible substrate.

2. Патентно-лицензионный материал на системы, методы и устройства для отслеживания и калибровки гибких приборов:

United States Patent Application

20180078317

Kind Code

A1

MARIAMPILLAI; ADRIAN; et al.

March 22, 2018


SYSTEMS, METHODS AND DEVICES FOR TRACKING AND CALIBRATION OF FLEXIBLE INSTRUMENTS

Abstract

Systems, methods and devices are provided for calibrating a flexible implement that employs fiber Bragg gratings (FBGs) for shape sensing. In some embodiments, methods and devices are provided for determining the longitudinal location of a FBG within an optical fiber that is employed for shape sensing. In other embodiments, methods and devices are employed for the determination of calibration parameters that relate the measured wavelength shift of a set of FBGs to the curvature at the location within the flexible implement where the set of FBGs resides. Various calibration devices are disclosed that employ guiding features for bending the flexible portion of the flexible implement along known curved profiles. In some embodiments, keyed features are incorporated into the flexible implement and the calibration device, such that the flexible implement is inserted into the device in a known orientation. In some embodiments, the flexible implement may incorporate a strain isolation mechanism.

3. Патентно-лицензионный материал на интегрированную електрооптическую модульную сборку:

United States Patent Application

20180098432

Kind Code

A1

Andry; Paul S.; et al.

April 5, 2018


INTEGRATED ELECTRO-OPTICAL MODULE ASSEMBLY

Abstract

An electro-optical module assembly is provided that includes a flexible substrate having a first surface and a second surface opposite the first surface, wherein the flexible substrate contains an opening located therein that extends from the first surface to the second surface. An optical component is located on the second surface of the flexible substrate and is positioned to have a surface exposed by the opening. At least one electronic component is located on a first portion of the first surface of the flexible substrate, and at least one micro-energy source is located on a second portion of the first surface of the flexible substrate.

4. Патентно-лицензионный материал на модуль солнечной батареи:

United States Patent Application

20180122966

Kind Code

A1

Yoshikawa; Kunta; et al.

May 3, 2018


SOLAR CELL MODULE

Abstract

A solar cell module includes a first solar cell including, in the following order, a single-crystalline silicon substrate, a conductive silicon layer, and a back side transparent electrode layer, where the conductive silicon layer and the back side transparent electrode layer are disposed on a back side of the single-crystalline silicon substrate; an encapsulant; and a flexible metal foil disposed between the back side transparent electrode layer and the encapsulant. The flexible metal foil is in contact with the back side transparent electrode layer in a non-bonded state. The encapsulant encapsulates the first solar cell and maintains a contact state between the flexible metal foil and the back side transparent electrode layer.

5. Патентно-лицензионный материал на модуль батареи с приспособлением для элемента, чувствительного к температуре:

United States Patent Application

20180115027

Kind Code

A1

HAMMERSCHMIED; Helmut; et al.

April 26, 2018


BATTERY MODULE WITH A FIXTURE FOR A TEMPERATURE SENSITIVE ELEMENT

Abstract

A battery module includes: a battery cell; a protective circuit module electrically coupled to the battery cell; a temperature sensitive element at the battery cell; a flexible printed circuit board having first and second end portions and an inner portion extending between the first and second end portions; and a spring. The protective circuit module includes a rigid printed circuit board. The flexible printed circuit board is fixed to a surface of the rigid printed circuit board facing the battery cell by the first and second end portions such that the inner portion forms a loop, is electrically connected to the protective circuit module and to the temperature sensitive element, and is centrally positioned on the inner portion of the flexible printed circuit board. The spring is arranged within the loop of the flexible printed circuit board such that the temperature sensitive element is pushed towards the battery cell.

6. Патентно-лицензионный материал на устойчивую к ошибкам масштабируемую модульную архитектуру квантового компьютера с расширенным контролем многорежимных соединений между захваченными ионами:

United States Patent Application

20180114138

Kind Code

A1

MONROE; Christopher; et al.

April 26, 2018


FAULT-TOLERANT SCALABLE MODULAR QUANTUM COMPUTER ARCHITECTURE WITH AN ENHANCED CONTROL OF MULTI-MODE COUPLINGS BETWEEN TRAPPED ION QUBITS

Abstract

A modular quantum computer architecture is developed with a hierarchy of interactions that can scale to very large numbers of qubits. Local entangling quantum gates between qubit memories within a single modular register are accomplished using natural interactions between the qubits, and entanglement between separate modular registers is completed via a probabilistic photonic interface between qubits in different registers, even over large distances. This architecture is suitable for the implementation of complex quantum circuits utilizing the flexible connectivity provided by a reconfigurable photonic interconnect network. The subject architecture is made fault-tolerant which is a prerequisite for scalability. An optimal quantum control of multimode couplings between qubits is accomplished via individual addressing the qubits with segmented optical pulses to suppress crosstalk in each register, thus enabling high-fidelity gates that can be scaled to larger qubit registers for quantum computation and simulation.

7. Патентно-лицензионный материал на тестовый модуль для устройства, распознающего отпечаток пальца:

United States Patent Application

20180106881

Kind Code

A1

OSTLUND; Petter

April 19, 2018


TEST MODULE FOR A FINGERPRINT SENSING DEVICE

Abstract

There is provided a test module for testing a fingerprint sensing device comprising: an electrically conductive bottom element comprising an exterior surface portion configured to contact a sensing surface of the fingerprint sensing device; an electrically conductive intermediate element, connected to the bottom element on a side opposing the exterior surface, the intermediate element comprising a flexible material enabling the bottom element to change alignment in response to an applied force occurring when the exterior surface is pressed against a surface being tilted with respect to the exterior surface of the bottom element; and a top element configured connect the test module to a test fixture. There is also provided a method for testing a fingerprint sensing device using the described test module.

Основные термины (генерируются автоматически): система, расширение множества потребностей-функций, модуль, полнота частей системы, автоматизированный модуль фотолитографии, гибкий производственный технологический модуль, основной закон развития, прогрессивная эволюция техники, рисунок, техническая система.


Похожие статьи

Автоматизация производства в современном мире

Автоматизированная система управления технологическим процессом (АСУТП) — это комплекс программных и технических средств, предназначенный для автоматизации управления технологическим оборудованием на предприятиях.

Промышленная автоматизация в России: проблемы и их решения

Автоматизированная система управления технологическим процессом (АСУТП) — это комплекс программных и технических средств... Автоматизация процессов предприятия | Статья в журнале...

Разработка программного модуля автоматизированной...

Разработка программного модуля автоматизированной системы проектирования технологического процесса. Авторы: Бакановская Людмила Николаевна, Мокеева Наталия Сергеевна. Рубрика: Информатика.

Автоматизированная система управления... | Молодой ученый

Рисунок 2 – Схема архитектуры системы. Приложение «Оператор» реализовано в виде отдельных модулей, взаимодействующих между собой. Состав модулей следующий: модуль управления, непосредственно осуществляет управление...

Применение теории нечетких множеств для диагностирования...

Основные термины (генерируются автоматически): рулевая система, нечеткое множество, система, техническое

Автоматизированные интеллектуальные системы и нечеткая...

Гибкие нейро-нечеткие системы вывода и программная... Рис. 1. Нечеткая система вывода.

Модульность в образовании: методики, сущность, технологии

Это модули уровня творческого и интеллектуального развития. В данный иерархический список ступеней модульной системы можно отнести и следующие типы модулей

- модуль как система направлений профессионального обучения конкретно выбранной профессии.

Основные принципы системы автоматизированного...

Перспективы развития швейной промышленности является одной из ведущих отраслей легкой промышленности. Ускорение научно-технического прогресса и рост эффективности производства неотделимы от резкого повышения качества продукции...

Анализ системы автоматического управления образовательным...

Анализ системы автоматического управления образовательным модулем на примере модуля «векторная алгебра». Бронов Сергей Александрович, доктор технических наук, профессор; Мартынов Александр Владимирович, аспирант.

Использование современных информационных технологий

3.Технологическая. CAM-технология представляет собой автоматизированную систему, предназначенную для компьютеризированной подготовки производства [2].

Анализ и перспективы развития систем автоматизированного...

Похожие статьи

Автоматизация производства в современном мире

Автоматизированная система управления технологическим процессом (АСУТП) — это комплекс программных и технических средств, предназначенный для автоматизации управления технологическим оборудованием на предприятиях.

Промышленная автоматизация в России: проблемы и их решения

Автоматизированная система управления технологическим процессом (АСУТП) — это комплекс программных и технических средств... Автоматизация процессов предприятия | Статья в журнале...

Разработка программного модуля автоматизированной...

Разработка программного модуля автоматизированной системы проектирования технологического процесса. Авторы: Бакановская Людмила Николаевна, Мокеева Наталия Сергеевна. Рубрика: Информатика.

Автоматизированная система управления... | Молодой ученый

Рисунок 2 – Схема архитектуры системы. Приложение «Оператор» реализовано в виде отдельных модулей, взаимодействующих между собой. Состав модулей следующий: модуль управления, непосредственно осуществляет управление...

Применение теории нечетких множеств для диагностирования...

Основные термины (генерируются автоматически): рулевая система, нечеткое множество, система, техническое

Автоматизированные интеллектуальные системы и нечеткая...

Гибкие нейро-нечеткие системы вывода и программная... Рис. 1. Нечеткая система вывода.

Модульность в образовании: методики, сущность, технологии

Это модули уровня творческого и интеллектуального развития. В данный иерархический список ступеней модульной системы можно отнести и следующие типы модулей

- модуль как система направлений профессионального обучения конкретно выбранной профессии.

Основные принципы системы автоматизированного...

Перспективы развития швейной промышленности является одной из ведущих отраслей легкой промышленности. Ускорение научно-технического прогресса и рост эффективности производства неотделимы от резкого повышения качества продукции...

Анализ системы автоматического управления образовательным...

Анализ системы автоматического управления образовательным модулем на примере модуля «векторная алгебра». Бронов Сергей Александрович, доктор технических наук, профессор; Мартынов Александр Владимирович, аспирант.

Использование современных информационных технологий

3.Технологическая. CAM-технология представляет собой автоматизированную систему, предназначенную для компьютеризированной подготовки производства [2].

Анализ и перспективы развития систем автоматизированного...

Задать вопрос